机场飞行区道面安全风险评价方法研究

顾时俊

（上海虹桥国际机场有限责任公司，上海 200335）

1 引言

上海虹桥国际机场位于中国上海市长宁区，为4E 级民用国际机场，是我国最为繁忙的大型民用机场之一。道面是飞行区内最为重要的结构设施，保证其始终处于正常、安全的使用状态，对于飞行区安全至关重要。但由于其设计寿命限制，维护成本及病害复发的风险都有明显上升的趋势，总体属于被动维护的工作模式。基于对飞行区道面存在的安全风险所产生的充分认识，有必要对历史和现有的检测与监测数据进行深入研究，深度总结和剖析虹桥机场飞行区道面的安全风险影响因素，分析安全风险的形成机理和发展规律，建立安全风险影响因素预警模型，并提出面向智慧机场建设的安全管控措施与对策。对于机场飞行区长治久安、机场未来的快速发展，以及建设四型机场具有重要意义。

2 道面安全风险评价指标分析

2.1 表观安全风险评价指标

选用道面状况指数（PCI）作为道面表观安全风险评价指标之一[1]。除了利用PCI 评价道面破损情况，机场道面安全风险还与道面部分病害密切相关，因此，要对机场道面病害的单项指标进行评估。此次对水泥道面采用裂缝类指标、表面类病害指标。沥青道面采用裂缝类指标、表面类病害指标和变形类病害指标。

2.2 结构安全风险评价指标

脱空问题是目前机场水泥道面普遍面临的结构性问题。道面发生脱空后易引起角隅断裂等结构性损坏，严重影响道面的使用和安全，因此，需要一个表征脱空的指标作为道面结构安全风险的指标[2]。经过调研，目前道面评价规范推荐的脱空率是广泛认可的道面脱空评价指标，因此，仍然沿用脱空率指标表征区块内道面板结构整体隐蔽损伤和脱空状况。

2.3 表面安全风险评价指标

道面表面抗滑性能和跑道平整度是影响道面安全的最重要的功能要求。跑道状况代码是反映道面抗滑性能的重要指标之一，可将其列为跑道抗滑风险的评价指标。跑道不平整是跑道纵向范围内的长波不平整，因此，可以采用波音平整指数（BBI）指标评估跑道不平整风险。

《运输机场跑道表面状况评估和通报规则》（民航规〔2021〕32 号）规定对道面污染的检测主要侧重于污染物的种类、状态、厚度、面积等信息及这些污染情况对道面摩擦系数的影响，进而决定跑道的运行，并额外对道面积胶情况进行了详细规定。因此，本项目针对机场跑道运行特点提出新的表征道面污染状态的指标，并将其命名为 “道面湿和污染状况指数”，以表征当前道面污染状况。

2.4 沉降变形安全风险评价指标

道面沉降也是道面安全的关键影响因素。工后沉降和工后差异沉降是量化地基沉降变形的两个指标[3]。其中，差异沉降导致表面长波不平整，降低飞机起降的舒适性，增加飞机滑跑安全的风险，从而无法满足跑道的设计使用要求。因此，本项目采用差异沉降率评价跑道地基不均匀沉降风险。

3 道面安全风险评价方法研究

3.1 层次分析法

对于风险权重，采用层次分析法确定各指标权重。层次分析法采用专家评分的方式确定各层次元素之间的相对重要程度，构建判断矩阵[4]。根据虹桥机场的实际特点，以水泥道面为例建立安全风险评价指标判断矩阵。经过项目分析，最终确定的飞行区道面安全风险评价指标判断矩阵见表1。

表1 机场水泥道面安全风险评价指标判断矩阵

计算可得该矩阵最大特征值λmax=7.512，则一致性指标CI=0.085，当n=7 时，对应的平均随机一致性指标RI=1.36，则一致性比例CR=0.063＜0.1，因此，可认为矩阵的一致性可以接受。

将判断矩阵按列进行归一化处理，得到归一后的判断矩阵，第i 个指标的权重可用式（1）进行计算：

将归一化后的判断矩阵代入式（1），求得水泥道面各道面安全风险评价指标权重为：

3.2 优劣解距离法

采用优劣解距离法（TOPSIS）表征风险等级的相对位置[5]。为了对风险指标进行量化，将各风险指标按照分类等级分别赋予特征值。

道面安全风险不同等级的各个评价指标的标准值可构成5 个风险等级，7 个风险指标的矩阵，为消除量纲的影响，对其进行标准化处理，标准化后的矩阵为：

定义最大值矩阵Z+为：Z+=（Z1+，Z2+，…，Z7+）=（max{z11，z21，…，z51，}，max{z12，z22，…，z52，}，…，max{z17，z27，…，z57}）；

定义最小值矩阵Z-为：Z-=（Z1-，Z2-，…，Z7-）=（min{z11，z21，…，z51}，…，min{z17，z27，…，z57}）。

则第i（1，2，3，4，5）个风险等级与最大值的相对距离采用基于层次分析法权重的加权距离Di+，按式（4）计算：

则第i 个风险等级与最小值的距离Di-按式（5）计算：

则第i 个评价对象在最大值和最小值间的相对位置Si可用式（6）计算：

由式（4）～式（6）计算得到机场水泥道面风险在最低、低、中、高、最高的相对位置分别为：

3.3 模糊综合评价

基于模糊数学的隶属度理论的模糊综合评价方法，最终评价考虑多风险源的道面安全风险等级[6]。若待评对象某一单项指标的道面风险数值落入某一区间，则该指标对等级的相对隶属度按式（7）进行计算：

根据机场水泥道面安全风险的低、中、高等级标准值在最大值和最小值之间的相对位置，可以得到各等级的隶属度函数[见式（8）～式（10）]。

1）等级为低时，隶属度函数为：

2）等级为中时，隶属度函数为：

3）等级为高时，隶属度函数为：

将某一需要进行风险评价的机场水泥道面的相对位置s代入隶属度函数，求得该道面安全风险对各个等级的隶属度。若水泥道面安全风险指数：max{h1，h2，h3}=hk，则要评价的水泥道面安全风险等级划分为等级。

4 案例说明

以虹桥机场西跑道道面性状指标为例，计算西跑道的道面安全风险等级，见表2。

表2 虹桥机场西跑道水泥道面安全风险指标值

将表2 水泥道面各风险指标数值代入式（4）、式（5），计算得到s=0.215，将s=0.215 代入式（8）～式（10）可知，k=1，即虹桥机场西跑道水泥道面目前处于低风险等级。

5 结论与建议

本文结合上海虹桥机场的特点分析确认了道面表观、结构、表面以及沉降变形等多风险源的安全风险评价指标方法，并针对飞行区道面安全风险综合评估体系和安全风险指标开展了参数化表达，最终评价考虑多风险源的道面安全风险等级，构建得到适用于虹桥机场的飞行区道面安全风险综合评价方法。本文成果可为国内其他机场飞行区道面风险综合评价体系的构建提供参考。